DE3821831A1 - Automatisierte vorrichtung und verfahren zum nachweis gasfoermiger komponenten in luft mittels eines kolorimetrischen pruefroehrchens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis gasförmiger Komponenten in Luft, bei der mittels einer Luftfördereinrichtung eine Probenmenge durch ein kolorimetrisches Prüfröhrchen förderbar und die resultierende Verfärbungszone des Indikators durch eine Auswerteeinheit ermittelbar ist. Außerdem wird ein automatisiertes Meßverfahren hierzu angegeben.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-PS 26 28 790 bekanntgeworden.

Bei der bekannten Gasmeß- und Warnvorrichtung wird ein Prüfröhrchen durch eine Luftfördereinrichtung mit einer Probenmenge des nachzuweisenden Gases durchströmt, die bei Vorhandensein eines spezifischen nachzuweisenden Schadstoffes zu einer Verfärbungsreaktion mit dem im Prüfröhrchen enthaltenden Indikator führt. Nach abgeschlossener Probenahme wird die Verfärbungszone anhand von einer Reihe sich jeweils gegenüberstehenden Fotodioden und Empfängern als Lichtschranken abgetastet. Die so ermittelte Länge der Verfärbungszone wird einer Auswerteeinheit zugeführt, durch die der entsprechende Meßwert ermittelt und angezeigt wird.

Die Nachweismethode mit kolorimetrischen Prüfröhrchen kann jedoch nicht für alle Arten von Schadstoffen in gleicher Weise durchgeführt werden. Je nach nachzuweisendem Schadstoff sind andere Füllungen des Prüfröhrchens, andere Indikatoren, und somit unterschiedliche Probenmengen durch das Prüfröhrchen zu fördern. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften ist je nach gewünschter Nachweisempfindlichkeit nicht nur die zu fördernde Probenmenge anders, sondern auch die Länge der Verfärbungszone ist verschieden. Somit entspricht beispielsweise die Länge der Verfärbungszone beim Nachweis des einen Gases einer bestimmten Konzentration, welche beim Nachweis eines anderen Gases zu einer deutlich unterschiedlichen Länge seiner zugehörigen Verfärbungszone führen kann. Die einzelnen, für das Prüfröhrchen charakteristischen Daten liegen der Auswerteeinheit somit nicht vor, so daß deren Anzeige nur für eine festgelegte Art von Prüfröhrchen aussagekräftig ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Art so zu verbessern, daß der Nachweis unterschiedlicher Komponenten mit den dazugehörigen Prüfröhrchen in der Weise automatisch ablaufen kann, daß die für die Messung charakteristischen Daten von selbst berücksichtigt und zur Meßanzeige verarbeitet werden.

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß das Prüfröhrchen an seinem äußeren Umfang mit einem maschinenlesbaren Speicher versehen ist, dessen Daten bei Einführung des Prüfröhrchens in die Aufnahme der Luftfördereinrichtung durch eine Leseeinrichtung erfaßbar und der Auswerteeinheit zuführbar sind.

Auf dem lesbaren Speicher sind sämtliche Daten kodiert enthalten, die zur Charakterisierung des Meßvorganges notwendig sind: Dies sind u. a. die Meßempfindlichkeit des Prüfröhrchens, angegeben in Konzentration ppm, die für die Untersuchung notwendige zu fördernde Probenmenge, Umrechnungsfaktoren oder Kalibrierdaten, Identifizierungsnummer des Prüfröhrchens, Verfalldatum und ähnliche Angaben. Durch die Angaben wird sichergestellt, daß die für den Nachweis notwendige Probenmenge durch das Prüfröhrchen gefördert wird und daß bei der Auswertung der Verfärbungszone die Prüfröhrchenempfindlichkeit und die Art des nachzuweisenden Gases berücksichtigt werden. Die Meßgenauigkeit kann unter Verarbeitung der Kalibrierwerte erhöht werden. In ähnlicher Weise können auch die spezifischen Daten hinsichtlich der Beladung von Sammelröhrchen berücksichtigt werden. Sollten Prüfröhrchen in der falschen Richtung eingelegt worden sein, wird dies automatisch erkannt und der Meßvorgang wird nicht in die Wege geleitet. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn Prüfröhrchen unterschiedlicher Schichtreihenfolge in einer bestimmten Vorzugsrichtung eingesetzt werden müssen. Überalterte Prüfröhrchen, deren Verfallsdatum verstrichen ist, werden zur Auswertung nicht angenommen.

Die Leseeinrichtung kann aus einem oder auch mehreren, um die Peripherie des einzuführenden Prüfröhrchens angeordneten Leseköpfen bestehen. Beispielsweise sind die Leseköpfe dann im Winkel von 120° zueinander versetzt, damit auch eventuell schmalbandige Datenspeicher zumindest von einem der Leseköpfe eingelesen werden können, ohne daß dazu eine besondere Vorzugsstellung der Prüfröhrchen notwendig wäre.

Ein geeigneter Speicher bietet sich in Form eines Strichcodes auf einem Träger an, der über eine Reflexlichtschranke als Leseeinrichtung eingelesen, dekodiert und über eine Ausgabeeinheit weiterverarbeitet wird. Derartige Strichcodeträger können auf geringstem Feld eine sehr große Informationsmenge aufnehmen und sind über einfache Reflexdioden einlesbar. Strichcodeleser sind in vielerlei Varianten auf dem Markt und können beispielsweise von der Firma Hewlett Packard unter der Bezeichnung HEDS-3000 bezogen werden.

Der Nutzen der mit einem Speicher versehenen Prüfröhrchen kommt dem Anwender sowohl bei der Verwendung von handbetriebenen Balgpumpen als auch bei maschinell betriebenen Pumpen als Fördereinheit zugute, wenn die vorgesehene Aufnahme eine derartige Leseeinrichtung für den Speicher enthält.

Zweckmäßigerweise werden die erfaßten Daten als Kalibrierwerte einer Steuereinheit zugeführt, welche den Meßablauf aufgrund der ihr übermittelten Daten festlegt. Dadurch ist sichergestellt, daß erst nach Aufnahme der notwendigen charakteristischen Daten der Meßvorgang beginnt und die Luftfördereinrichtung so lange betätigt wird, bis die erforderliche Luftprobenmenge durch das Prüfröhrchen geströmt ist und bei der Auswertung die Kalibrierwerte in der Auswerteeinheit verarbeitet sind. Diese Auswerteeinheit kann entweder im Gehäuse einer handbetriebenen Balgpumpe oder einer motorgetriebenen Förderpumpe untergebracht sein.

Es erweist sich als günstig, in der Halterung eine motorbetriebene Transportvorrichtung vorzusehen, welche das Prüfröhrchen aus seiner Einführungsposition in die endgültige Meßposition befördert, wobei die Leseeinrichtung ein Teil der Transportvorrichtung ist, so daß der Inhalt des Speichers während der Beförderung des Prüfröhrchens in seine Meßposition erfaßt werden kann. Dadurch erzielt man eine Vereinfachung der Prüfröhrchenaufnahme und Sicherstellung, daß bei Anschluß des Prüfröhrchens in seiner Meßposition vorher die charakteristischen Daten eingelesen worden sind. Bei ungünstigen oder gar falschen eingelesenen Daten, wie z. B. falsche Prüfröhrchenkennziffer oder überschrittenes Verfalldatum kann der Benutzer auf diesen Umstand entsprechend hingewiesen und der Beginn des Meßvorganges blockiert werden.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Transportvorrichtung kann dadurch gebildet sein, daß ein Transportkopf vorgesehen ist, in dem durch ein von einem Schrittmotor angetriebenes Walzenpaar das Prüfröhrchen über den Lesekopf hinweggleitend in die Aufnahme zum Anschluß an die Luftfördereinrichtung transportiert wird. Das beidseitig geöffnete Prüfröhrchen braucht dann lediglich in den Transportkopf eingeführt zu werden, wodurch durch entsprechende Lichtschranken oder Kontaktschalter der Schrittmotor eingeschaltet wird, so daß das Prüfröhrchen durch das Walzenpaar erfaßt werden und zu dem Anschluß an die Luftfördereinrichtung transportiert werden kann.

Um eine Dichtheitsprüfung der Luftfördereinrichtung und der an sie angeschlossenen Förderleitungen durchzuführen, ist es zweckmäßig, die Aufnahme mit einer durch einen Verschluß freigebbare Anschlußöffnung zu versehen. Vor Einführung des Prüfröhrchens kann dann eine Dichtheitsprüfung ausgeführt werden, nach deren erfolgreichem Abschluß das durch die Transportvorrichtung eingeführte Prüfröhrchen den Verschluß freigibt.

Wenn der Meßvorgang beendet ist, ist es zur weiteren Automatisierung zweckmäßig, das Prüfröhrchen mittels derselben Transportvorrichtung aus seiner Aufnahme herauszuführen, wobei die entstandene Verfärbungszone zur Erfassung der Meßdaten entlang der Leseeinrichtung geführt wird. Nach Beendigung des Meßvorganges erhält somit die Auswerteeinheit ein Signal, durch das einerseits die Transportvorrichtung zur Herausnahme des Prüfröhrchens, und andererseits die Leseeinrichtung zur Erfassung der Verfärbungszone aktiviert werden. Der Lesekopf erfaßt dann, genauso wie er den Strichcode durch Remission einer Reflexdiode erfaßt hat, die Länge der Verfärbungszone durch Erfassung eines entsprechenden Reflexionssignales, welches in der Auswerteeinheit mit Hilfe der charakteristischen Daten zur Berechnung der nachgewiesenen Komponentenmenge oder deren Konzentration verarbeitet wird. Bei einer Anordnung von mehreren Leseköpfen als eine Leseeinheit kann bei der Erfassung der Verfärbungszone durch Mittelwertbildung aus den Einzelmessungen die Meßgenauigkeit erhöht werden.

Eine günstige Erweiterung der Auswerteeinheit besteht darin, daß in ihr ein Kalibrierspeicher vorgesehen ist, welcher mehrere, nach Gasart unterscheidbare, digitalverschlüsselte Kalibrierwerte enthält. Diese werden zusammen mit den Meßdaten auf der Leseeinrichtung einem Gasartspeicher zugeführt und von diesem die gasartspezifischen Meßwerte an die Anzeigeeinheit abgegeben. In dem Gasartspeicher werden die zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßten Meßdaten aufgenommen und können von ihm über die Anzeigeeinheit abgerufen werden. Damit sind gasartspezifische Zeitprofile für den Verlauf der unterschiedlichen gemessenen Gaskonzentrationen oder auch Schadstoffmengen möglich. Es können auch zu einem festen Zeitpunkt unterschiedliche Gasartprofile abgerufen werden. Somit ist es möglich, sowohl den zeitlichen Verlauf einer Gasartmessung als auch die Gaszusammensetzung zu einem festen Zeitpunkt protokollartig zu erfassen und auszuwerten.

Ein Verfahren zum Nachweis gasförmiger Komponenten in Luft, bei dem mittels einer Luftfördereinrichtung eine Probenmenge durch ein kolorimetrisches Prüfröhrchen gefördert und die resultierende Verfärbungszone des Indikators durch eine Auswerteeinheit ermittelt wird, besteht zur Lösung der genannten Aufgabe darin, daß das Prüfröhrchen durch eine Transporteinheit in eine Aufnahme zum Anschluß an die Luftfördereinrichtung gefördert wird. Ein am Prüfröhrchen vorgesehener maschinenlesbarer Speicher wird dabei über eine Leseeinrichtung geführt, welche die eingelesenen Daten an eine Steuereinheit abgibt. Daraufhin fördert die Luftfördereinrichtung entsprechend den eingelesenen Daten ein vorgegebenes Fördervolumen durch das Prüfröhrchen, wodurch eine Verfärbung des Indikators durch die nachzuweisende Luftkomponente hervorgerufen wird. Nach Abschluß der Verfärbung wird das Prüfröhrchen durch die Transporteinheit aus seiner Aufnahme entfernt und über die Leseeinrichtung geführt. Diese tastet die Verfärbungszone ab, und die daraus ermittelte Luftkomponente wird nach Art und Menge über eine Anzeigeeinheit dargestellt. Ein derartiges Verfahren stellt eine automatische Probenahme sicher, bei der die für die Messung charakteristischen Daten des Prüfröhrchens und der nachzuweisenden Gaskomponente von selbst berücksichtigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prüfröhrchen mit einem aufgebrachten Strichcode,

Fig. 2 ein Blockschaltdiagramm der Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Prüfröhrchen (1) dargestellt, welches eine mit einem Indikator imprägnierte Füllung (2) zwischen porösen Haltern (3) aufgenommen enthält. Die beiden Enden (4) des aus Glas gefertigten Prüfröhrchens sind abgebrochen, und somit ist die Füllung (2) dem Zutritt des nachzuweisenden Gases geöffnet. Am äußeren Umfang des Prüfröhrchens (1) ist ein Strichcode auf einem plakettenähnlichen Träger als maschinenlesbarer Datenspeicher (5) aufgesetzt.

In Fig. 2 ist das Prüfröhrchen (1) mit Hilfe eines von einem Schrittmotor (6) angetriebenen Walzenpaares (7) in eine Halterung (8) eingeschoben. Das eine Ende (4) des Prüfröhrchens (1) ist von einer Aufnahme (9) des Anschlusses (10) einer Luftfördereinrichtung (11, 12) aufgenommen. Das andere Ende (4) des Prüfröhrchens (1) ragt mit seiner abgebrochenen Spitze in die Umgebung und ist von dem in Transportkopf (13) aufgenommenen Walzenpaar (7) und Schrittmotor (6) gehalten. Im Transportkopf (13) ist ein optischer Reflexsensor der Leseeinrichtung (14) dargestellt, an welchem der Strichcodeträger (5) entlangführbar ist. Die Aufnahme (9) besitzt eine Anschlußöffnung (15), welche über einen Schieber (16), der durch eine Magnetspule (17) ansteuerbar ist, geöffnet oder geschlossen werden kann. Die Anschlußöffnung (15) gibt den Weg für die Anschlußleitung (18) zu der Luftfördereinrichtung frei, welche beispielsweise als ein durch eine Exzenterscheibe (11) in Hubbewegungen betätigbarer elastischer Faltenbalg (12) ausgebildet ist.

Die Auswertung der von der Leseeinrichtung (14) übermittelten Signale übernimmt eine Auswerteeinheit (19), welche ihrerseits an einen Kalibrierspeicher (20) und einen Gasartspeicher (21) angeschlossen ist. Die von der Auswerteeinheit (19) ermittelten Meßwerte werden an einer Anzeigeeinheit (22) dargestellt. Der Schrittmotor (6), der Antrieb der Exzenterscheibe (11) und die Magnetspule (17) sind an eine Steuereinheit (23) angeschlossen. Eine Spannungsquelle (24) versorgt die gesamte Vorrichtung mit der notwendigen elektrischen Energie.

Zur Durchführung einer Messung wird das an seinen Enden (4) geöffnete Prüfröhrchen (1) in die Einlaßöffnung (25) des Transportkopfes (13) eingeschoben und von dem Schrittmotor (6) und dem Walzenpaar (7) erfaßt. Ein entsprechend angesteuerter, nicht dargestellter elektrischer Kontakt läßt den Schrittmotor (6) anlaufen, wodurch das Prüfröhrchen durch die Halterung (8) in die Aufnahme (9) geschoben wird. Gleichzeitig zeigt der sich bewegende Schrittmotor (6) der Steuereinheit (23) an, daß ein Prüfröhrchen (1) zur Untersuchung eingeschoben wird, wodurch der Schieber (16) die Anschlußöffnung (15) freigibt. Während des Einfahrens des Prüfröhrchens (1) in die Aufnahme (9) wird der Strichcodeträger (5) an der Leseeinrichtung (14) vorbeigeführt, wodurch die verschlüsselten Daten in der Auswerteeinheit (19) aufgenommen und die entsprechenden Kalibrierwerte und die zugehörige Gasart in dem Kalibrierspeicher (20) und dem Gasartspeicher (21) aufgerufen werden. Die Steuereinheit (23) hält den Schrittmotor (6) an, sobald die Prüfröhrchenlänge am Walzenpaar (7) abgewickelt ist. Gleichzeitig wird der Exzenterantrieb (11) von der Steuereinheit (23) betätigt, wodurch der Faltenbalg (12) zu periodischen Hubbewegungen veranlaßt wird, um eine nach der Prüfröhrchenspezifikation erforderliche Probenmenge (26) durch das Prüfröhrchen (1) und die Anschlußleitung (18) an die Umgebung durchzusaugen. Die Strömungsrichtung ist durch entsprechende Strömungspfeile an der Probenmenge (26), der Anschlußöffnung (15), der Anschlußleitung (18) und dem Faltenbalg (12) dargestellt. Mit dem Fördern entsteht in der Füllung (2) des Prüfröhrchens (1) eine Verfärbungszone (27). Das Prüfröhrchen (1) wird daraufhin durch den Schrittmotor (6) aus der Einlaßöffnung (25) zurückgeschoben, wobei die Leseeinrichtung (14) die Länge der Verfärbungszone (27) registriert. Die Auswerteeinheit (19) ist zu diesem Zeitpunkt von der Steuereinheit (23) so geschaltet worden, daß ein Signal entsprechend der Länge der Verfärbungszone (27) aufgenommen, mit den dazugehörigen Kalibrierwerten des Kalibrierspeichers (20) korrigiert und nach der im Gasartspeicher (21) abgelegten Gasart verglichen und der entsprechende verarbeitete Meßwert an der Anzeigeeinheit (22) dargestellt wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Nachweis gasförmiger Komponenten in Luft, bei der mittels einer eine Aufnahme für ein Prüfröhrchen aufweisenden Luftfördereinrichtung eine Probenmenge durch das Prüfröhrchen förderbar und die Beladung auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfröhrchen (1) an seinem äußeren Umfang mit einem maschinenlesbaren Speicher (5) versehen ist, dessen Daten bei Einführung des Prüfröhrchens (1) in die Aufnahme (9) durch eine Leseeinrichtung (14) erfaßbar und der Auswerteeinheit (19) zuführbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher als Strichcodeträger (5) ausgebildet ist, dessen Inhalt über eine Reflexlichtschranke (14) als Leseeinrichtung in der Auswerteeinheit (19) weiterverarbeitbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erfaßten Daten als Kalibrierwerte durch eine Steuereinheit (23) zur Vorgabe der bei der Durchführung des Nachweises notwendigen Arbeitsschritte für die Luftfördereinrichtung (11, 12) und die Auswerteeinheit (19) verwertbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung (8) eine motorbetriebene und von der Steuereinheit (23) ansteuerbare Transportvorrichtung (6, 7) zur Beförderung des Prüfröhrchens (1) aus seiner Einführungsposition in die endgültige Meßposition vorgesehen, und daß die Leseeinrichtung (14) an der Halterung (8) derart angeordnet ist, daß der Inhalt des Speichers (5) während der Beförderung des Prüfröhrchens (1) erfaßbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung in einem Transportkopf (13) aufgenommen ist, in dem durch ein von einem Schrittmotor (6) angetriebenes Walzenpaar (7) das Prüfröhrchen (1) über die Leseeinrichtung (14) hinweggleitend in eine Aufnahme (9) zum Anschluß an die Luftfördereinrichtung (11, 12) transportierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (9) eine durch einen Verschluß (16) freigebbare Anschlußöffnung (15) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von kolorimetrischen Prüfröhrchen nach Beendigung der Probenahme das Prüfröhrchen (1) durch die Transportvorrichtung (6, 7) aus der Aufnahme (9) herausführbar ist, wobei seine entlang der Leseeinrichtung (14) geführte Verfärbungszone (27) zur Erfassung der Meßdaten abtastbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (19) einen mehrere, nach Gasart unterscheidbare, digitalverschlüsselte Kalibrierwerte enthaltenden Kalibrierspeicher (20) enthält, dessen Kalibrierwerte zusammen mit den zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßten Meßdaten aus der Leseeinrichtung (14) einem Gasartspeicher (21) zuführbar sind, von welchem die gasartspezifischen Meßwerte an die Anzeigeeinheit (22) abgebbar sind.

9. Verfahren zum Nachweis gasförmiger Komponenten in Luft, bei den mittels einer Luftfördereinrichtung eine Probenmenge durch ein kolorimetrisches Prüfröhrchen gefördert und die resultierende Verfärbungszone des Indikators durch eine Auswerteeinheit ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfröhrchen (1) durch eine Transportvorrichtung (6, 7) in eine Aufnahme (9) zum Anschluß an die Luftfördereinrichtung (11, 12) eingeführt wird, wobei ein am Prüfröhrchen (1) vorgesehener maschinenlesbarer Speicher (5) über eine Leseeinrichtung (14) geleitet wird, welche die eingelesenen Daten in eine Steuereinheit (23) abgibt, worauf die Luftfördereinrichtung (11, 12) entsprechend den eingelesenen Daten ein vorgegebenes Fördervolumen durch das Prüfröhrchen (1) fördert, wodurch eine Verfärbung des Indikators durch die nachzuweisende Luftkomponente hervorgerufen wird, und daß nach Abschluß der Verfärbung das Prüfröhrchen (1) durch die Transportvorrichtung (6, 7) aus der Aufnahme (9) entfernt und über die Leseeinrichtung (14), welche die Verfärbungszone (27) abtastet, geführt und die daraus ermittelte Luftkomponente nach Art und Menge über eine Auswerteeinheit (19) und eine Anzeigeeinheit (22) dargestellt wird.